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      高黏原油和輕質原油配比管輸工藝的方案分析

      來源:作者:發表時間:2019-10-15 16:58:09

      摘 要 :針對我國多產高黏原油,傳統管道加熱輸送技術難、能耗高、安全穩定性差的特點,為實現原油管道安全高效地運行,分析了輕質原油和高黏原油配比管輸工藝方法。通過罐混和泵混的方案比較,得出更具推廣價值的配比管輸方法。
      我國所產原油大部分是黏稠的重質原油 [1] 。其安全輸送和節能長久以來是我國油氣儲運界所面臨的主要技術難題。高黏原油在常溫下流動性很差,傳統上最常用的方法是采用加熱輸送,雖然行之有效,其弊端是燃料消耗很大,輸量可變的范圍小,如發生事故停輸會凝結,釀成管道堵塞等災難性后果。近年來,我國在探索高黏原油節能、安全輸送領域取得顯著進展,如原油乳化降黏減阻技術、在管壁處形成穩定低黏液環技術、輕度改變稠油分子結構技術、剪切輸送處理、磁處理、輸送處理、摻稀釋劑降黏等 [2] 。另一方面,隨著我國原油進口量快速增長,進口原油占比越來越大,而進口原油大多為輕質油,將國產高黏原油和進口輕質原油配比調合后輸送的方案能起到稀釋及降黏減阻的目的,又避免了加熱輸送帶來的巨大能耗。在近年完成的山東某大型原油商儲庫的設計中,就采用了此方案為下游長輸管道提供配比調合后的原油輸送。
      1 高黏原油的輸送
      1.1 高黏原油的流動特性及物性
      高黏原油的特點是瀝青質和膠質的含量比較高,輕質烴類組分少。因此流動性特點為在常溫狀態下,黏度比較高。黏度隨著溫度的降低而升高,其流動性也漸漸失去。
      根據原油特性因數 K 值,可以將原油劃分為三種,即石蠟基、中間基和環烷基。其中環烷基原油多為高黏原油,特點是密度大(20 ℃時密度大于930 kg / m 3 ),凝固點低,黏度高。根據原油的物理特性,以密度為標準,又可將原油分為四類 :輕質原油、中質原油、重質原油、特稠原油,其中重質原油和特稠原油均為高黏原油,其密度大于 930 kg / m 3(20 ℃ 時)。
      1.2 高黏原油的輸送難點
      高黏原油由于其高黏度的流動特性。在管道輸送中,為降低黏度,減少管道水力摩阻損失,為增加原油流動性,最常用的方法是對長輸管道保溫伴熱,以及采用添加稀釋劑調合的方法來降低黏度。但是這些方法缺點很多,安全性無法滿足,耗能巨大,針對長距離管道的輸送,將高黏原油與輕質油進行調合配比后混合輸送,既達到了改善原油流動性差的問題,又達到安全高效、低能耗的目的 [3] 。
      2 配比混輸工藝
      高黏原油與輕質原油按一定的配比進行混合后,凝點、黏度、反常點都有所下降 [4] 。目前常用的油品調合工藝有罐混和泵混兩種方式。在原油長距離輸送時,由于儲罐至長輸泵通常距離較遠,沿程摩阻較高,且長輸泵的必需氣蝕余量很大,需設置給油泵向長輸泵喂油。在向煉廠輸送原油時,由于煉廠界區壓力條件高,輸送泵的揚程設置在 30 m 以上,綜合經濟合理的因素,通常也要設置給油泵給輸送泵喂油。且這兩種配比輸送工況無論罐混方式或泵混方式,原油出罐需先經過給油泵加壓,再通過長輸泵或輸送泵外輸。
      2.1 罐混調合方式
      罐混調合方式即將高黏原油和輕質油按照計算的比例進行調合,通過泵將兩種油品調合至一個罐中,利用罐內設置的攪拌設施,再用泵將原油進行循環攪拌,使其混合均勻,采樣分析罐中的油品質量指標,合格后經給油泵加壓輸送至外輸泵。如檢驗不合格,則通過計算,繼續調合不同組分的原油進混油罐,并循環操作。罐內混合油品周轉流程如圖 1 所示。采用該方式調合原油可以使儲罐液位保持在相對合理的高度,比較有利于給油泵的平穩運行,減少各種不安全因素如管道超壓、油罐抽空事故。但用此方法調合的原油不易混合均勻、油罐上中下采樣化驗結果差異大。占用儲罐的數量多,使得周轉能力下降,而且儲罐呼吸會造成油品蒸發損耗及環境的污染。
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      2.2 泵混調合方式
      泵混調合方式是將儲存在不同儲罐中不同品種的原油,經過計算或經驗確定調合配比量,通過各自的給油泵將油品送出,利用自動化儀表控制各個給油泵出口閥門在線流量調節閥,使支管的外輸量按要求的輸出比例進行配比,并進入總管,達到調合的目的,給油泵配比輸送流程如圖 2 所示。泵混方式配輸比例的控制需要通過給油泵出口調節閥控制流量以實現配輸比的準確性。調節閥的調節方式有自動配比方法、流量配比方法以及手動配比方法 [5] 。
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      考慮到高黏原油和輕質原油來源的不確定性、物性差異以及每根外輸管道單獨進行配比調節的需要,經過比選優化,設置給油泵數量以及流量揚程大小。
      還有一種泵混調合方式是將不同儲罐中的不同品種的原油抽出,在給油泵進口閥門之前的各自管線中分別經流量計和調節閥調節流量后,經總管至給油泵進口管線由泵加壓通過流量計計量后外輸。這種方法的優點是給油泵的出口壓力穩定,出口閥門保持穩定開度,流量計前的管道流量穩定,計量準確,更有利于計量原油的出庫量。缺點是由于流量計和調節閥安裝的位置在給油泵進口管線,致使管線壓頭損失增加,需要采取有效措施來滿足給油泵的必需汽蝕余量,來避免給油泵發生氣蝕現象。采用泵混調合輸送改善了罐內混合時為滿足不同的配比管輸工藝而帶來的儲罐占用嚴重,儲罐利用率低,配比不合格的弊端。
      3 罐混與泵混的方案比選
      高黏原油與輕質原油的調合配比混輸工藝中選擇罐混調合工藝或泵混調合工藝,以某原油庫為例,主要儲存了兩種原油,一種是黏度為 350 mm 2 / s(20 ℃)的高黏原油,另一種是黏度為 23 mm 2 / s(20 ℃)的輕質原油,通過方案比較擇優選配比輸送方 案。
      以山東某大型原油商儲庫為例,在高黏原油與輕質原油的調合配比混輸工藝中到底是選擇罐混調合工藝還是泵混調合工藝,通過方案比較擇優選擇配比輸送方案。
      該商儲庫設置了 32 個 1×10 5 m 3 的儲罐儲存了兩種原油,其中 16 個儲罐儲存國產高黏原油,另外 16 個儲罐儲存進口輕質原油。為滿足長輸管道外輸流量 2×10 7 t / a 的要求,以及不同品種原油配比(5∶5、6∶4、7∶3)輸送的實際需要,配置 4臺給油泵,流量分別為一臺 2 800 m 3 / h,一臺 2 200m 3 / h,兩臺 1 500 m 3 / h。以原油輕重比 6∶4 的原油配比將1×10 5 m 3 的原油輸送至長輸管道入口處為例,展開罐混與泵混的方案比選。
      3.1 調合配比計算
      首先,簡單介紹原油 6∶4 的配輸比例的計算方法,該比例是根據混合后原油需要達到的目標黏度,計算出高黏原油和輕質原油的百分比。其中目標黏度為 577 mm 2 / s(20 ℃),高黏原油的黏度為350 mm 2 / s(20 ℃),輕質原油的黏度為 23 mm 2 / s(20 ℃)。根據油品 H 值計算法,可以計算出混合油品在同一溫度下相對應的 H 值,H 值與油品混合比成線性關系。H 值的計算公式如式(1)所示 [6] :
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      所需混合比為高黏原油 40%,低黏原油 60%,即原油輕重比為 6∶4。
      3.2 罐混調合方案
      在原油庫中利用一臺 1×10 5 m 3 儲罐作為混油罐,罐內有旋轉噴射器,通過泵抽取油品打循環來達到攪拌調合的目的。將輕質原油和高黏原油通過兩臺流量為 1 500 m 3 / h(電機功率為 450 kW)的倒罐泵按 6∶4 的比例進入混合罐。計算得出需要耗時66.6 h,耗電量為 29 970 kW · h。再將混合罐內的原油通過流量為 2 800 m 3 / h(電機功率為 800 kW)的給油泵送出,計算得出需要耗時 35.7 h,耗電量為28 560 kW · h。將 1×10 5 m 3 的原油通過罐混調合送至長輸管道入口處,所需要的時間和耗電量詳見表 1所示。
      3.3 泵混調合方案
      為實現配送比例 6∶4 的需要,利用一臺流量為2 200 m 3 / h(電機功率為 630 kW)的給油泵將一個儲罐中儲存的輕質原油抽出,同時,另一臺流量為1 500 m 3 / h(電機功率為 450 kW)的給油泵將另一個儲罐中儲存的高黏原油抽出,通過給油泵并聯操作將原油送出。計算得出將 1×10 5 m 3 的原油通過泵混調合送至長輸管道入口處,所需要的時間和耗電量詳見表 1 所示。
      3.4 方案比選
      采用不同的配比方式罐混和泵混將原油庫中1×10 5 m 3 原油按 6∶4 的配比輸送至長輸管道入口,計算得出兩種調合方案消耗的時間和耗電量如表 1所 示。
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      由表 1 可以看出,泵混方案耗時少,用電量最少。無論從時間還是能耗上該方案都為優先選用的方案。最終,該原油商儲庫采用泵混配比方案,為實現操作需要,在原油出庫時設置了高精度容積式流量計作為計量設施,用于原油出庫計量使用。在每臺給油泵的出口上同時設置調節閥和流量計,此處的流量計是為了計量泵出口管道的流量,流量信號傳送至調節閥在線調節,通過控制給油泵出口調節閥的設定進行比例調節來實現不同輸送量下的原油配比要求。
      4 結論
      目前,國內原油大多為高黏原油,管道輸送能耗高、難度較大。同時我國原油進口量也不斷增加。大部分進口的原油流動性好,黏度低。采用高黏原油和輕質原油配比輸送工藝簡單易行,技術成熟,有利于長輸管道的高效安全運行。其中泵混配比輸送相較于罐混合配比輸送具有配比準確、儲罐利用率高、配比調節靈活、耗時少、能耗少的優點,具有更高的推廣價值。
       
       
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